新型反应堆系统将二氧化碳转化为可用燃料

新型反应堆系统将二氧化碳转化为可用燃料锅炉的效率通常很高。因此，仅靠提高燃烧效率很难减少二氧化碳排放。因此，研究人员正在探索其他方法，以减轻锅炉排放的二氧化碳对环境的影响。为此，一个很有前景的策略是捕获这些系统排放的二氧化碳，并将其转化为有用的产品，如甲烷。要实施这一战略，需要一种特殊类型的膜反应器，即分配器型膜反应器（DMR），它既能促进化学反应，又能分离气体。虽然DMR已在某些行业中使用，但其在将二氧化碳转化为甲烷方面的应用，尤其是在锅炉等小型系统中的应用，仍相对较少。由日本芝浦工业大学的野村干弘教授和波兰AGH科技大学的GrzegorzBrus教授领导的一组日本和波兰研究人员填补了这一研究空白。他们的研究成果最近发表在《二氧化碳利用期刊》上。来自日本和波兰的研究人员开发出一种反应堆设计，可有效捕捉二氧化碳排放并将其转化为可用的甲烷燃料。这一突破可大幅减少温室气体排放，为实现碳中和的未来铺平道路。资料来源：日本SIT的野村干弘教授研究小组双管齐下，通过数值模拟和实验研究来优化反应器设计，以便将小型锅炉中的二氧化碳高效转化为甲烷。在模拟过程中，研究小组模拟了气体在不同条件下的流动和反应。这反过来又使他们能够最大限度地减少温度变化，确保在甲烷生产保持可靠的同时优化能源消耗。研究小组还发现，与将气体导入单一位置的传统方法不同，分布式进料设计可以将气体分散到反应器中，而不是从一个地方送入。这反过来又能使二氧化碳更好地分布在整个膜中，防止任何位置过热。野村教授解释说："与传统的填料床反应器相比，这种DMR设计帮助我们将温度增量降低了约300度。"除了分布式进料设计，研究人员还探索了影响反应器效率的其他因素，并发现一个关键变量是混合物中的二氧化碳浓度。改变混合物中的二氧化碳含量会影响反应的效果。"当二氧化碳浓度为15%左右（与锅炉中的二氧化碳浓度相似）时，反应器生产甲烷的效果要好得多。事实上，与只有纯二氧化碳的普通反应器相比，它能多产生约1.5倍的甲烷，"野村教授强调说。此外，研究小组还研究了反应器尺寸的影响，发现增大反应器尺寸有助于为反应提供氢气。不过，需要考虑一个折衷的问题，因为提高氢气可用性的好处需要谨慎的温度管理，以避免过热。因此，这项研究为解决温室气体排放的主要来源问题提供了一个前景广阔的解决方案。通过利用DMR，可以成功地将低浓度二氧化碳排放转化为可用的甲烷燃料。由此获得的益处不仅限于甲烷化，还可应用于其他反应，从而使这种方法成为高效利用二氧化碳的多功能工具，甚至适用于家庭和小型工厂。这项研究得到了波兰国家机构、克拉科夫AGH大学和日本科学促进会的资助。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432823.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432823.htm

全新的太阳能反应器可将二氧化碳和塑料废料转化为有用的产品

全新的太阳能反应器可将二氧化碳和塑料废料转化为有用的产品大气层中的二氧化碳处于几千年来的最高水平，导致了破坏性的气候后果。同时，我们对塑料的依赖正在导致河流、海洋和从一极到另一极的所有地方都有这种东西的大量堆积。在这两个领域的研究已经促使科学家们设计出反应器，将捕获的二氧化碳或塑料废物转化为油、燃料和其他有用的化学品和材料。但是现在，剑桥大学的科学家们已经设计出第一个可以同时处理两种污染物的反应器。该装置由两个独立的隔间组成--一个用于处理塑料，一个用于处理二氧化碳--以及每个隔间中的一个单元，该单元吸收光的能量并利用它来触发一个催化剂，将原料转化为更有用的东西。光吸收器是过氧化物，它正在成为一种有前途的太阳能电池材料，而催化剂可以根据所需的最终产品来改变。该研究的共同第一作者MotiarRahaman博士说："一般来说，二氧化碳的转化需要大量的能量，但在我们的系统中，基本上你只需向它照射一束光，它就会开始将有害的产品转化为有用和可持续的东西。在这个系统之前，我们没有任何东西可以有选择地和有效地制造高价值的产品"。在测试中，研究小组证明了该反应器可以在正常温度和压力条件下有效地工作，只使用阳光作为能源。一种铜钯合金催化剂能够将PET塑料瓶转化为乙醇酸，这是一种用于化妆品行业的化学品。使用一种钴化合物将二氧化碳转化为一氧化碳，使用一种铜铟合金将合成气转化为一氧化碳，使用一种特定的酶将甲酸盐转化为一氧化碳。更妙的是，该反应器的工作非常高效。该团队说，其生产效率比使用其他太阳能催化剂的设备高100倍。接下来的步骤是在未来五年内进一步开发该反应器，以生产更复杂的分子。这项研究的共同第一作者SubhajitBhattacharjee说："这个系统的特别之处在于它的多功能性和可调控性--我们现在正在制造相当简单的碳基分子，但在将来，我们可以通过改变催化剂来调控这个系统以制造更复杂的产品。"这项研究发表在《自然合成》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338505.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1338505.htm

新型催化剂可将二氧化碳高效转化为甲烷 转化率高达99.3%

新型催化剂可将二氧化碳高效转化为甲烷转化率高达99.3%DGIST的一个研究小组开发出一种先进的光催化剂，它能有效地将二氧化碳转化为甲烷，有可能为应对全球变暖提供一种可持续的解决方案。来自DGIST能源科学与工程系的InSoo-il教授及其团队成功开发出一种高效光催化剂。这项创新能够将导致气候变化的重要因素二氧化碳（CO2）转化为甲烷（CH4），也就是通常所说的天然气。全球变暖导致世界各地气候异常，威胁着人类的生存。减少温室气体是解决日益令人担忧的全球变暖问题的关键，这需要将大气中的二氧化碳转化为其他物质。光催化技术是一种环保解决方案，它只需利用太阳能和水就能将二氧化碳转化为有用的物质，如天然气。生产出的天然气可在日常生活中用作供暖、制冷系统和车辆的燃料。光催化材料的改进研究小组将吸收可见光和红外线的硒化镉与二氧化钛（一种金属氧化物和著名的光催化材料）结合起来，高效地将二氧化碳转化为天然气。以前，人们曾将具有周期性晶格结构的结晶二氧化钛作为光催化材料进行分析。然而，由于颗粒的规则排列，钛的三价阳离子（Ti3+）的活性位点的形成受到了限制。为了克服这个问题，In教授的团队使用无定形二氧化钛改进了催化反应，因为无定形二氧化钛可以通过缺乏晶格结构周期性的不规则颗粒排列形成更多的Ti3+活性位点。除了催化作用得到改善外，电荷转移过程也很稳定，可确保有足够的电子参与反应。这有助于将二氧化碳转化为碳化合物，特别是甲烷燃料。此外，与需要高温再生的传统光催化剂不同，无定形催化剂在不加热的情况下向反应器供氧，可在一分钟内再生。高效率和未来研究方向研究小组新开发的无定形二氧化钛-硒化镉光催化剂（TiO2-CdSe）在光反应18小时后的前6小时内甲烷转化率仍高达99.3%，是具有相同成分的晶体光催化剂（C-TiO2-CdSe）的4.22倍。"这项研究的重要意义在于，我们开发出了一种具有再生活性位点的催化剂，并通过计算化学研究确定了利用非晶态催化剂将二氧化碳转化为甲烷的机理，"DGISTIn教授说。"我们将开展后续研究，以改善无定形光催化剂的能量损失，并提高其长期稳定性，从而实现该技术的未来商业化。"编译来源：ScitechDailyDOI:10.1016/j.apcatb.2024.124006...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434187.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434187.htm

中国将建立电力二氧化碳排放因子常态化发布机制

中国将建立电力二氧化碳排放因子常态化发布机制中国生态环境部、国家统计局发布公告称，将建立电力二氧化碳排放因子常态化发布机制，并拟于2024年尽早发布2022年电力二氧化碳排放因子。根据《人民日报》星期二（4月16日）报道，中国生态环境部、国家统计局发布《关于发布2021年电力二氧化碳排放因子的公告》。此次发布的2021年电力二氧化碳排放因子，分为三种口径，包括2021年全国、区域及省级电力平均二氧化碳排放因子，2021年全国电力平均二氧化碳排放因子(不包括市场化交易的非化石能源电量)和2021年全国化石能源电力二氧化碳排放因子。据介绍，电力二氧化碳排放因子是核算电力消费二氧化碳排放量的重要基础参数。本次发布的电力二氧化碳排放因子可供不同主体核算电力消费的二氧化碳排放量时参考使用，是落实《关于加快建立统一规范的碳排放统计核算体系实施方案》中“统筹推进排放因子测算”要求的重要举措，为碳排放核算提供基础数据支撑。公告说，下一步，生态环境部、国家统计局将建立电力二氧化碳排放因子常态化发布机制。根据基础数据更新情况，拟于2024年尽早发布2022年电力二氧化碳排放因子。2024年4月16日8:16PM

新型光催化系统可将二氧化碳转化为有价值的燃料

新型光催化系统可将二氧化碳转化为有价值的燃料光合作用是植物和某些生物的叶绿体利用阳光、水和二氧化碳产生食物或能量的机制。过去几十年来，许多研究人员都在努力创造合成光合作用过程，目的是将二氧化碳转化为碳中性燃料。联合研究的负责人之一、城大化学系副教授叶如泉教授解释说："然而，二氧化碳很难在水中转化，因为许多光敏剂或催化剂会在水中降解。虽然人工光催化循环已被证明能以更高的内在效率运行，但其在水中还原二氧化碳的低选择性和低稳定性阻碍了它们的实际应用。"分层自组装光催化系统（左）模仿了一种名为"Rhodobactersphaeroides"的紫色细菌（右）的自然光合作用装置，在将二氧化碳转化为甲烷时实现了15%的太阳能转化为燃料的效率。资料来源：（左）叶如泉教授研究小组/香港城市大学；（右）《生物物理学报》，99:67-75，2010年在最新的研究中，来自城大、香港大学、江苏大学和中国科学院上海有机化学研究所的联合研究小组克服了这些困难，利用超分子组装方法创建了一个人工光合作用系统。它模仿了紫色细菌的光收集色素细胞（即含有色素的细胞）的结构，这种细胞能非常有效地从太阳光中传递能量。这种新型人工光合作用系统的核心是一种高度稳定的人工纳米胶束--一种能在水中自组装的聚合物，具有亲水端和惧水端。这种纳米胶束的亲水性头部可作为光敏剂吸收阳光，而疏水性尾部则可作为自组装的诱导剂。将纳米簇放入水中，由于水分子与簇尾之间的分子间氢键作用，纳米簇就会自组装。加入钴催化剂后，光催化制氢和还原二氧化碳，从而产生氢气和甲烷。香港城市大学化学系副教授叶如泉教授（前排中）及其研究团队。图片来源：香港城市大学研究小组利用先进的成像技术和超快光谱技术，揭示了创新光敏剂的原子特征。他们发现，纳米小分子亲水性头部的特殊结构，以及水分子与纳米小分子尾部之间的氢键作用，使其成为一种稳定的、与水相容的人工光敏剂，解决了人工光合作用传统的不稳定性和与水不相容的问题。光敏剂与钴催化剂之间的静电作用以及纳米簇的强光采集天线效应改善了光催化过程。在实验中，研究小组发现甲烷的生产率超过13000μmolh-1g-1，24小时的量子产率为5.6%。它还实现了15%的高效太阳能转化为燃料的效率，超过了自然光合作用。最重要的是，这种新型人工光催化系统不依赖昂贵的贵金属，具有经济可行性和可持续性。叶教授说："该系统的分层自组装提供了一种很有前景的自下而上的策略，即基于廉价、地球上丰富的元素，如锌和钴卟啉复合物，来创建一种精确控制的高性能人工光催化系统。"氢键增强纳米胶束的形成及其在太阳能下制氢和还原二氧化碳的过程。资料来源：叶如泉教授研究小组/香港城市大学叶如泉教授说，他相信这项最新发现将有利于并启发未来利用太阳能转化和还原二氧化碳的光催化系统的合理设计，为实现碳中和的目标作出贡献。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375391.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1375391.htm

释放粘土的力量：它可以是捕获空气中二氧化碳的关键吗？

释放粘土的力量：它可以是捕获空气中二氧化碳的关键吗？桑迪亚国家实验室的生物工程师SusanRempe（左）和化学工程师TuanHo通过一种粘土的化学结构的艺术表现进行观察。他们的团队正在研究如何利用粘土来捕获二氧化碳。资料来源：克雷格-弗里茨/桑迪亚国家实验室照片在桑迪亚化学工程师TuanHo的领导下，该团队一直在使用强大的计算机模型，结合实验室实验，研究一种粘土如何吸收和储存二氧化碳。科学家们在本周早些时候发表在《物理化学快报》上的一篇论文中分享了他们的初步发现。该论文的主要作者Ho说："这些基本发现有可能用于直接空气捕集；这就是我们正在努力的方向。粘土真的很便宜，而且在自然界中很丰富。如果这个高风险、高回报的项目最终产生了一项技术，这应该使我们能够大大降低直接空气碳捕获的成本。"为什么要捕获碳？碳捕获和封存是指从地球大气层中捕获多余的二氧化碳并将其储存在地下深处的过程，目的是减少气候变化的影响，如更频繁的严重风暴、海平面上升以及干旱和野火增加。这种二氧化碳可以从燃烧化石燃料的发电厂或其他工业设施（如水泥窑），或直接从空气中捕获，这在技术上更具挑战性。碳捕集和封存被广泛认为是正在考虑用于气候干预的最没有争议的技术之一。桑迪亚生物工程师和该项目的高级科学家SusanRempe说："我们想要低成本的能源，而不破坏环境。我们可以以一种不产生那么多二氧化碳的方式生活，但我们不能控制我们的邻居做什么。直接空气碳捕获对于减少空气中的二氧化碳数量和减轻我们邻居释放的二氧化碳非常重要。"Ho想象，基于粘土的设备可以像海绵一样用来吸收二氧化碳，然后二氧化碳可以从海绵中"挤"出来并被抽到地下深处。或者粘土可以更像一个过滤器，从空气中捕捉二氧化碳进行储存。除了便宜和广泛使用之外，粘土还很稳定，并且有很高的表面积--它由许多微小的颗粒组成，而这些颗粒又有比人类头发直径小十万倍的裂缝和缝隙。Rempe说，这些微小的空腔被称为纳米孔，化学性质可以在这些纳米级的孔隙中发生变化。这并不是Rempe第一次研究用于捕获二氧化碳的纳米结构材料。事实上，她是一个研究将二氧化碳转化为水稳定的碳酸氢盐的生物催化剂的团队的成员，该团队定制了一个极薄的纳米结构的膜来保护生物催化剂，并为他们受生物启发的碳捕捉膜获得了专利。当然，这种膜不是用廉价的粘土制成的，最初是为了在燃烧化石燃料的发电厂或其他工业设施中发挥作用，Rempe说。"这是同一个问题的两个互补的可能解决方案，"她说。如何模拟纳米尺度？分子动力学是一种计算机模拟，研究原子和分子在纳米级的运动和相互作用。通过观察这些相互作用，科学家可以计算出一个分子在特定环境中的稳定性--例如在充满水的粘土纳米孔中。"分子模拟确实是研究分子尺度上的相互作用的有力工具，"Ho说。"它使我们能够充分了解二氧化碳、水和粘土之间发生了什么，目标是利用这些信息来设计一种粘土材料，用于碳捕捉应用。"在这种情况下，分子动力学模拟表明，二氧化碳在潮湿的粘土纳米孔中可以比在普通水中更稳定。这是因为水里的原子不能均匀地分享它们的电子，使得一端略带正电，另一端略带负电。另一方面，二氧化碳中的原子确实均匀地分享它们的电子，就像油与水混合一样，二氧化碳在类似的分子附近更稳定，例如粘土的硅氧区域。由CliffJohnston教授领导的普渡大学的合作者最近用实验证实，限制在粘土纳米孔中的水比普通水吸收更多的二氧化碳。桑迪亚博士后研究员NabankurDasgupta也发现，在纳米孔的油状区域内，将二氧化碳转化为碳酸所需的能量较少，与普通水的相同转化相比，使反应更有利，Ho补充说，通过使这种转换变得有利并需要更少的能量，最终粘土纳米孔的油状区域使其有可能捕获更多的二氧化碳并更容易地储存它。"到目前为止，这告诉我们粘土是一种捕捉二氧化碳并将其转化为另一种分子的好材料，"Rempe说。"而且我们了解了这是为什么，这样合成人员和工程师就可以修改材料，以增强类似油的表面化学性质。模拟也可以指导实验，以测试关于如何促进二氧化碳转化为其他有价值分子的新假设"。该项目的下一步将是利用分子动力学模拟和实验来弄清如何将二氧化碳重新从纳米孔中取出。在三年项目结束时，他们计划构想出一个基于粘土的直接空气碳捕获装置。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1346445.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1346445.htm